Điều khiển tốc độ động cơ DC qua bộ chỉnh lưu toàn kỳ 1 pha

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN …………………………………………………... 1.1 Giới thiệu các linh kiện bán dẫn ………………………………………….. 1.2 Máy điện một chiều ……………………………………………………… 1.2.1 Cấu tạo máy điện một chiều ……………………………………….. 1.2.2 Nguyên lý làm việc ………………………………………………… 1.2.3 Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều ……………… 1.2.4 Công suất điện từ. Mômen điện từ của máy điện một chiều ……….. 1.2.5 Tia lửa điện trên cổ góp và biện pháp khắc phục …………………… 1.2.6 Phân loại máy phát một chiều ………………………………………. 1.2.7 Phân loại động cơ một chiều ………………………………………... CHƢƠNG 2: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ………………………………… 2.1 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều ………………….... 2.1.1 Đặc tính cơ tĩnh của động cơ một chiều ………………………………. 2.1.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều ……………… Đồ án môn học 1 GVHD: ThS. Phan Thanh Hoàng Anh SVTH: Phạm Quốc Thái 2.2 Khởi động động cơ …………………………………………………………. 2.3 Các trạng thái hãm …………………………………………………………. CHƢƠNG 3: HỆ THỐNG BỘ CHỈNH LƢU …………………………………... 3.1 Bộ chỉnh lưu ………………………………………………………………… 3.2 Các thông số đánh giá chất lượng của hệ ………………………………….... 3.3 Phân loại bộ chỉnh lưu ………………………………………………………. 3.4 Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn ………………………………. CHƢƠNG 4: MẠCH THỰC TẾ …………………………………………………. 4.1 Mạch mô phỏng ……………………………………………………………... 4.1.1 Mô phỏng psim ………………………………………………………... 4.1.2 So sánh thực tế ………………………………………………………... 4.2 Mạch thực tế ………………………………………………………………… 4.2.1 Các khối mạch điều khiển thyristor ……………………………………. 4.2.2 Mô phỏng proteus …………………

ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

1.Thái độ tác phong và nhận thức trong quá trình thực hiện đồ án:

2.Hình thức, thể thức trình bày đồ án:

3 Kiến thức chuyên môn:

4.Đánh giá khác:

5.Đánh giá kết quả:

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

LỜI CÁM ƠN

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy ThS Phan Thanh Hoàng Anh,

trên cương vị là người hướng dẫn đề tài, đã tận tình giúp đỡ em trong suốt quá

trình thực hiện luận văn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu đã

cung cấp cho em những kiến thức quý báu làm nền tảng cho những nghiên cứu của

em trong luận văn

Con xin gửi lời tri ân sâu sắc tới ba mẹ, những người đã sinh thành, chỉ dạy,

nuôi dưỡng và quan tâm chăm sóc để con có được ngày hôm nay

Và sau cùng, xin cảm ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp đã luôn có những hỗ trợ,

động viên, giúp đỡ trong những năm tháng trên giảng đường đại học và trong quá

trình hoàn thành luận văn này./

Vũng Tàu, ngày 28 tháng 5 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Phạm Quốc Thái

MỤC LỤC

Trang

ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

LỜI CÁM ƠN

MỤC LỤC

CHƯƠNG 0: MỞ ĐẦU ……… 3

0.1 Đặt vấn đề ………

0.2 Tính cần thiết của đề tài ………

0.3 Mục tiêu, nhiệm vụ và giới hạn của đề tài ………

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ………

1.1 Giới thiệu các linh kiện bán dẫn ………

1.2 Máy điện một chiều ………

1.2.1 Cấu tạo máy điện một chiều ………

1.2.2 Nguyên lý làm việc ………

1.2.3 Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều ………

1.2.4 Công suất điện từ Mômen điện từ của máy điện một chiều ………

1.2.5 Tia lửa điện trên cổ góp và biện pháp khắc phục ………

1.2.6 Phân loại máy phát một chiều ………

1.2.7 Phân loại động cơ một chiều ………

CHƯƠNG 2: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ………

2.1 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều ………

2.1.1 Đặc tính cơ tĩnh của động cơ một chiều ………

2.1.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều ………

2.2 Khởi động động cơ ………

2.3 Các trạng thái hãm ………

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG BỘ CHỈNH LƯU ………

3.1 Bộ chỉnh lưu ………

3.2 Các thông số đánh giá chất lượng của hệ ………

3.3 Phân loại bộ chỉnh lưu ………

3.4 Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn ………

CHƯƠNG 4: MẠCH THỰC TẾ ………

4.1 Mạch mô phỏng ………

4.1.1 Mô phỏng psim ………

4.1.2 So sánh thực tế ………

4.2 Mạch thực tế ………

4.2.1 Các khối mạch điều khiển thyristor ………

4.2.2 Mô phỏng proteus ………

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ………

5.1 Kết luận ………

5.2 Hướng phát triển của đề tài ………

TÀI LIỆU THAM KHẢO ………

CHƯƠNG 0

MỞ ĐẦU

0.1 Đặt vấn đề

Bộ chỉnh lưu hiện nay không phải là một khái niệm mới mẻ nữa, nó đã hiện hữu

trên tất cả các quốc gia trên thế giới và hiện đang đóng một vai trò rất quan trọng

trong các ngành công nghiệp và ngành điện Đối với ngành công nghiệp, khả năng

biến đổi năng lượng từ năng lượng điện sang năng lượng cơ, từ nguồn điện có tần

số này sang nguồn điện có tần số khác đóng một vai trò hết sức quan trọng và

chiếm ưu thế bởi tính năng đặc trưng vượt trội đó của nó Đối với ngành điện khả

năng lọc, bù …cũng có một ý nghĩa hết sức quan trọng

Điện tử công suất là một giải pháp nhằm giải quyết các khó khăn trong lĩnh vực

kỹ thuật điện Kỹ thuật điện tử công suất kế thừa nền tảng kỹ thuật khuyếch đại tín

hiệu và sau đó phát triển thành các nguồn công suất cao Điện tử công suất có

nhiều ưu điểm nhưng quan trọng nhất là khả năng điều khiển máy điện và điều

khiển dòng công suất điện từ Trong suốt thập niên 80 và 90, sự phát triển của điện

tử công suất cho phép thực hiện các hệ thống mới và hoàn thiện dần các hệ thống

đang tồn tại, trước hết đó là do điện tử công suất có thể sử dụng điều khiển cơ cấu

truyền động, các bộ lọc tích cực, bù nhuyễn công suất phản kháng,…

Ngày nay, các bộ chuyển đổi tĩnh có thể nối với hệ thống với nhiều đặc tính

điện khác nhau: Ví dụ bộ chuyển mạch nối 2 hệ thống DC với các mức điện áp

khác nhau, trong khi đó các bộ chỉnh lưu chuyển đổi điện năng từ AC thành DC

theo dạng biên độ và tần số Tuy nhiên cấu hình bộ chuyển đổi đang tồn tại ngày

nay còn nhiều hạn chế vì những giới hạn của thiết bị bán dẫn

0.2 Tính cần thiết của đề tài

Máy điện 1 chiều không chỉ tồn tại mà còn không thể thiếu ở những nơi yêu cầu

mômen mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phẳng và phạm

vi rộng

Trong các thiết bị tự động, người ta thấy các máy điện khuếch đại, các động cơ

chấp hành cũng là máy điện một chiều Ngoài ra các máy điện một chiều còn thấy

trong các thiết bị điện ô tô, tàu thủy, máy bay, các máy phát điện một chiều điện áp

thấp dùng trong các thiết bị điện hóa, thiết bị hàn điện có chất lượng cao

0.3 Mục tiêu, nhiệm vụ và giới hạn của đề tài

Mục tiêu của đề tài là điều khiển tốc độ động cơ qua bộ chỉnh lưu toàn kỳ 1

pha

Nhiệm vụ của đề tài là nắm được cơ sở lý thuyết về bộ chỉnh lưu, động cơ điện

1 chiều, điều khiển tốc độ động cơ qua bộ chỉnh lưu toàn kỳ 1 pha cũng như thiết

kế mạch thực tế về đề tài đang nghiên cứu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu các linh kiện bán dẫn

Bán dẫn là chất mà trong nhiệt độ bình thường nó là chất cách điện, khi đạt đến

một nhiệt độ nhất định nào đó nó chuyển thành chất dẫn điện Hiện nay chất bán

dẫn thường dùng là silic, silic tinh chất có cấu trúc tinh thể rất bền vững Ở nhiệt

độ thấp, nó không có các điện tích tự do và hoạt động như một chất cách điện Khi

đạt đến nhiệt độ nhất định nó sẽ trở nên dẫn điện

Hỗn hợp silic với các nguyên tố khác có ảnh hưởng rất lớn đến độ dẫn điện của

silic Một của hỗn hợp silic chứa thừa điện tích tự do và các điện tích này trở thành

hạt dẫn điện, hỗn hợp này tạo thành chất bán dẫn loại N Một số hỗn hợp của silic

thiếu điện tử: chúng có lỗ trống Các lỗ trống tạo thành thành phần dẫn điện chủ

yếu Hỗn hợp này tạo thành bán dẫn loại P với độ dẫn điện loại P

Lớp tiếp xúc PN: là vùng trong bán dẫn mà vùng dẫn điện loại P được chuyển

thành loại N

Đặc tính V-A: biểu diễn quan hệ giữa dòng điện đi qua hai cực của linh kiện và

điện áp đặt giữa hai cực đó Các giá trị điện áp và dòng điện này được hiểu là giá

trị điện áp và dòng điện một chiều không đổi

 Phân loại linh kiện bán dẫn theo khả năng điều khiển

Các linh kiện bán dẫn công suất trong lĩnh vực điện tử công suất có hai chức

năng cơ bản: đóng và ngắt dòng điện đi qua nó Trạng thái linh kiện dẫn điện

(đóng) là trạng thái linh kiện có tác dụng như một điện trở rất bé (gần như bằng 0)

Độ lớn dòng điện đi qua linh kiện phụ thuộc trạng thái mạch điện lúc linh kiện

đóng và độ sụt áp trên linh kiện nhỏ không đáng kể Trạng thái linh kiện không dẫn

điện (ngắt) là trạng thái linh kiện có tác dụng trong mạch như một điện trở rất lớn

Dòng điện đi qua linh kiện có độ lớn không đáng kể, độ lớn điện áp đặt trên linh

kiện phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của mạch điện bên ngoài

Do đó, linh kiện bán dẫn hoạt động với hai chế độ làm việc đóng và ngắt dòng

điện xem là lý tưởng nếu ở trạng thái dẫn điện nó có độ sụt áp bẳng không và ở

trạng thái không dẫn điện, dòng điện qua nó bằng không

Các linh kiện bán dẫn có thể chuyển đổi trạng thái làm việc của mình, từ trạng

thái không dẫn điện (ngắt) sang trạng thái dẫn điện (đóng) và ngược lại thông qua

tác dụng kích thích của tín hiệu lên cổng điều khiển (ngõ vào) của linh kiện, ta gọi

linh kiện có tính điều khiển Tín hiệu điều khiển có thể tồn tại dưới dạng dòng

điện, điện áp, ánh sáng với công suất thường nhỏ hơn so với công suất của nguồn

và tải

Trong trường hợp linh kiện không chứa cổng điều khiển và quá trình chuyển

trạng thái làm việc của linh kiện xảy ra dưới tác dụng của nguồn công suất ở ngõ

vào, ta gọi linh kiện thuộc loại không điều khiển (diode, diac)

Nếu thông qua cổng điều khiển, tín hiệu chỉ tác động đến chức năng đóng dòng

điện mà không thể tác động làm ngắt dòng qua nó, ta gọi linh kiện không có khả

năng kích ngắt (thyristor, triac)

Ngược lại, các linh kiện có thể thay đổi trạng thái từ dẫn điện sang ngắt điện và

ngược lại thông qua tác dụng của tín hiệu điều khiển, được gọi là linh kiện có khả

năng kích ngắt như transistor (BJT, MOSFET, IGBT), GTO, IGCT, MCT, MTO

Tín hiệu điều khiển lên mạch cổng điều khiển chỉ có tác dụng khi trạng thái

điện áp đặt vào hai cực chính ở ngõ ra của linh kiện có chiều phân cực và độ lớn

phù hợp

 Thyristor (SCR)

Hình 1.1: Thyristor (SCR)

- Cấu tạo và đặc điểm hoạt động của SCR

+ Dùng cho mạch công suất lớn

+ Gồm 4 lớp p,n với 3 cực ngoài Anode (A), Cathode (K), Gate (G)

+ Mạch điều khiển được kết nối giữa cực G và K Mạch công suất được kết nối

giữa A và K

+ Linh kiện được điều khiển bằng dòng Xung dòng IG kích đóng SCR

+ Không kích ngắt, dòng qua SCR đang dẫn if bị ngắt khi giá trị dòng này thấp

hơn dòng duy trì ih: if < ih = 0

+ Định mức SCR: áp vài KV, dòng vài KA

- Các tính chất và ba trạng thái cơ bản của SCR

+ Trạng thái khóa áp nghịch (SCR ngắt)

Nếu SCR bị ngắt, thì anode có thể chịu được điện áp âm so với cathode

+ Trạng thái khóa áp thuận (SCR ngắt)

Ngược lại so với nghịch, nếu SCR bị ngắt, thì anode có thể chịu được điện áp

dương so với cathode

+Trạng thái đóng (SCR dẫn thuận)

Quá trình đóng ngắt của SCR

- Hiện tượng đóng SCR: tức chuyển từ trạng thái khóa sang trạng thái dẫn điện có

thể thực hiện nếu thỏa cả 2 điều kiện sau:

1 Thyristor ở trạng thái khóa

2 Có xung dòng điện kích iG đủ lớn (iG > 0)

- Hiện tượng ngắt SCR: quá trình chuyển từ trạng thái dẫn điện sang không dẫn

điện Quá trình này bao gồm 2 giai đoạn:

1 Giai đoạn làm dòng bị triệt tiêu: thực hiện bằng cách thay đổi điện trở hoặc điện

áp giữa Anode và Cathode

2 Giai đoạn khôi phục khả năng khóa của SCR: sau khi dòng thuận bị triệt tiêu,

cần có thời gian – thời gian ngắt, để chuyển SCR vào trạng thái khóa

- Các tính chất động:

+ dvBL/dt: SCR xử lý như một tụ điện, nếu dvBL/dt quá lớn dẫn đến SCR dẫn đến

SCR dẫn ngoài ý muốn Vì thế người ta giới hạn tốc độ điện áp khóa trong khoảng

10 – 100V/µs

+ diF/dt: nếu diF/dt lớn quá sẽ làm tiết diện SCR bị quá tải ở chỗ nối với cổng làm

hỏng SCR Vì thế người ta giới hạn độ tăng của dòng thuận trong khoảng 10 –

100A/ µs

+ tq: sau khi phục hồi lớp điện trở nghịch của J1 và J3 quá trình ngắt vẫn chưa chấm

dứt, cần phải có thêm một thời gian nữa để khôi phục khả năng khóa áp thuận tức

là khôi phục điện trở nghịch của lớp J2 Thời gian ngắt an toàn được định nghĩa là

tq Nó bắt đầu khi dòng thuận trở về không cho đến khi xuất hiện điện áp khóa

thuận mà SCR vẫn không bị đóng trở lại khi chưa có xung dòng điều khiển IG

- Mạch kích

SCR

Hình 1.2: Mạch kích SCR

Xung đóng được đặt vào cổng base của Q2 làm Q2 chuyển sang trạng thái

đóng R5 và R6 có giá trị cao và có chức năng cải thiện đặc tính làm việc bằng

cách tạo đường dẫn giữa base và emitter Q2 đóng, cung cấp dòng điều khiển đã

được khuếch đại cho Q1 làm Q1 đóng Giá trị dòng này phụ thuộc vào R3 và áp

nguồn Vcc Q1 đóng cấp điện áp cho cuộn sơ cấp của biến áp xung (có giá trị bằng

Vcc) Độ rộng xung áp tương đương độ rộng điều khiển tín hiệu ngõ vào A Cuộn

thứ cấp xung cho cổng G của SCR, điện trở R1 và R2 hạn chế áp và dòng cực

cổng Diode D1 ngăn ngừa điện áp ngược đặt lên cực cổng từ điện áp xung R6 có

chức năng tạo đường dẫn giữa cổng G và K giúp kích hoạt đóng cổng G ổn định

hơn ít chịu ảnh hưởng của điện áp trôi

1.2 Máy điện một chiều

Ngày nay mặc dù dòng điện xoay chiều được sử dụng rất rộng rãi, song máy

điện một chiều vẫn tồn tại đặc biệt là động cơ điện một chiều

Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu

mômen mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phẳng và phạm

vi rộng

Trong các thiết bị tự động, người ta thấy các máy điện khuếch đại, các động cơ

chấp hành cũng là máy điện một chiều Ngoài ra các máy điện một chiều còn thấy

trong các thiết bị điện ô tô, tàu thủy, máy bay, các máy phát điện một chiều điện áp

thấp dùng trong các thiết bị điện hóa, thiết bị hàn điện có chất lượng cao

Thiếu sót chủ yếu của máy điện một chiều là có cổ góp làm cho cấu tạo phức

tạp, đắt tiền và kém tin cậy, nguy hiểm trong môi trường dễ nổ Khi sử dụng động

cơ một chiều, cần phải có nguồn điện một chiều kèm theo (bộ chỉnh lưu hay máy

phát điện một chiều)

1.2.1 Cấu tạo máy điện một chiều

Những phần chính của máy điện một chiều gồm stator với cực từ, rôto với dây

quấn và cổ góp với chổi điện

Hình 1.3 Máy điện một chiều

Rôto của máy điện một chiều được gọi là phần ứng Lõi thép hình trụ, làm bằng

các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm, phủ sơn cách điện ghép lại Các thép được

dập lỗ có thông gió và rãnh để đặt dây quấn phần ứng Mỗi phần tử của dây quấn

phần ứng có nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai phiến góp, hai cạnh tác dụng của

phần tử dây quấn đặt trong rãnh dưới của hai cực khác tên

- Cổ góp và chổi điện:

Cổ góp gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ,

gắn ở đầu trục rôto Các đầu dây của phần tử nối với phiến góp

Chổi điện (chổi than) làm bằng than graphit Các chổi tỳ chặc lên cổ góp nhờ lò

xo và giá chổi điện được gắn trên nắp máy

1.2.2 Nguyên lý làm việc

a) Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ

trường cực từ, cảm ứng các sức điện động Chiều sức điện động xác định theo qui

tắc bàn tay phải

Ở chế độ máy phát, dòng điện phần ứng Iư cùng chiều với sức điện động phần

ứng Eư Phương trình cân bằng điện áp:

U = Eư – Rư.Iư Trong đó Rư.Iư là điện áp rơi trong dây quấn phần ứng, Rư là điện trở của dây

quấn phần ứng, U là điện áp đầu cực máy, Eư là sức điện động phần ứng

b) Nguyên lý làm việc và phương trình cân bằng điện áp của động cơ điện một

chiều

Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi than A và B, trong dây quấn phần

ứng có dòng điện Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường, sẽ chịu lực tác

dụng làm cho rôto quay Chiều lực xác định theo qui tắc bàn tay trái

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ nhau, nhờ có

phiến góp, đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo

động cơ có chiều quay không đổi

Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường, sinh ra cảm ứng sức điện động

Eư Chiều sức điện động xác định theo qui tắc bàn tay phải Ở động cơ, chiều sức

điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư

Phương trình cân bằng điện áp:

U = Eư + Rư.Iư

1.2.3 Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều

a) Từ trường của máy điện một chiều

Khi máy điện một chiều không tải, từ trường trong máy chỉ do dòng điện kích

từ gây ra gọi là từ trường cực từ Từ trường cực từ phân bố đối xứng

Khi máy điện có tải, dòng điện Iư trong phản ứng phần ứng sẽ sinh ra từ trường

phần ứng Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường cực từ gọi là phản ứng

phần ứng, từ trường trong máy là tổng hợp của từ trường cực từ và từ trường phần

ứng

b) Sức điện động phần ứng

Sức điện động thanh dẫn khi rôto quay các thanh dẫn của dây quấn phần ứng

cắt từ trường, mỗi thanh dẫn cảm ứng sức điện động là:

e = Btb.l.v Trong đó: Btb là cường độ từ cảm trung bình dưới cực từ

v: vận tốc dài của thanh dẫn l: chiều dài hiệu dụng dây dẫn Sức điện động phần ứng Eư Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối tiếp

nhau thành mạch vòng kín Các chổi điện chia dây quấn thành nhiều nhánh song

song Sức điện động phần ứng bằng tổng sức điện động thanh dẫn trong một

nhánh Nếu số thanh dẫn trong dây quấn là N, số nhánh song song là 2a (a là số đôi

nhánh), số thanh dẫn trong một nhánh là N/2a, sức điện động phần ứng là:

Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay phần ứng và từ thông ϕ dưới mỗi

cực từ Muốn thay đổi trị số sức điện động, ta có thể điều chỉnh tốc độ quay, hoặc

điều chỉnh từ thông, bằng cách điều chỉnh dòng kích từ Muốn thay đổi chiều sức

điện động ta thay đổi chiều quay, hoặc đổi chiều dòng điện kích từ

1.2.4 Công suất điện từ Mômen điện từ của máy điện một chiều

Công suất điện từ của máy điện một chiều:

Pđt = Eư.Iư (4) Thay giá trị Eư trong (3) vào (4), ta có:

Pđt =

a

pN

60 n ϕ Iư (5) Mômen điện từ là:

Mđt =

đm đt

Thay (5) và (7) vào (6), ta được biểu thức của mômen điện từ là:

mômen điện từ, ta phải thay đổi dòng điện phần ứng Iư hoặc thay đổi dòng điện

kích từ Ikt Muốn đổi chiều mômen điện từ phải đổi chiều hoặc dòng điện phần ứng

hoặc dòng điện kích từ

1.2.5 Tia lửa điện trên cổ góp và biện pháp khắc phục

Khi máy điện làm việc, quá trình đổi chiều thường gây ra tia lửa điện giữa chổi

điện và cổ góp Tia lửa lớn có thể gây nên vành lửa xung quanh cổ góp, phá hỏng

chổi điện vá cổ góp, gây tổn hao năng lượng, ảnh hưởng xấu đến môi trường và

gây nhiễu đến sự làm việc của các thiết bị điện tử Sự phát sinh tia lửa trên cổ góp

do các nguyên nhân sau:

- Nguyên nhân cơ khí:

Sự tiếp xúc giữa cổ góp và chổi điện không tốt, do cổ góp không tròn, không

nhẵn, chổi điện không đủ đúng qui cách, rung động của chổi điện do cố định không

tốt hoặc lực lò xo không đủ để tỳ sát chổi điện vào cổ góp

- Nguyên nhân điện từ:

Khi rôto quay liên tiếp có phần tử chuyển từ mạch nhánh này sang mạch nhánh

khác Ta gọi các phần tử đó là phần tử đổi chiều Trong phần tử đổi chiều xuất hiện

các suất điện động sau:

+ Suất điện động tự cảm el do sự biến thiên dòng điện trong phần tử đổi chiều

+ Suất điện động hỗ cảm em do sự biến thiên dòng điện trong phần tử đổi chiều

khác lân cận

+ Suất điện động eq do từ trường của phần ứng sinh ra

Ở thời điểm chổi điện gắn mạch phần tử đổi chiều, các suất điện động trên sinh

ra dòng điện I chạy trong phần tử ấy, tích lũy năng lượng và phóng ra dưới dạng tia

lửa khi vành góp chuyển động

Để khắc phục tia lửa, ngoài việc loại trừ nguyên nhân cơ khí ta phải tìm cách

giảm trị số các sức điện động trên và dùng cực từ phụ, dây quấn bù để tạo nên

trong các phần tử nhằm bù (triệt tiêu) tổng 3 sức điện động el, em, eq từ trường của

dây quấn bù và cực từ phụ phải ngược chiều với từ trường phần ứng Đối với máy

công suất nhỏ, người ta không dùng cực từ phụ mà đôi khi chuyển chổi điện đến

trung tín vật lý

1.2.6 Phân loại máy phát một chiều

Dựa vào phương pháp cung cấp dòng điện kích từ, người ta chia máy điện một

chiều ra các loại sau:

- Máy điện một chiều kích từ độc lập Dòng điện kích từ của máy lấy từ nguồn điện

khác không liên hệ với phần ứng của máy

Hình 1.5: Máy điện một chiều kích từ độc lập

Ta có các phương trình sau:

Iư = I

U = Eư – Rư.I Ukt = Ikt (Rkt + Rđc) Trong đó: Iư là dòng điện phần ứng

I: dòng điện tải U: điện áp hai đầu cực máy điện

Eư: suất điện động phần ứng Rư: điện trở phần ứng

Rkt: điện trở dây quấn kích từ Rđc: điện trở điều chỉnh Máy điện kích từ độc lập có ưu điểm về hiệu chỉnh điện áp, thường gặp trong

hệ thống máy phát – động cơ để truyền động máy cán, máy cắt kim loại, thiết bị tự

động trên tàu thủy, máy bay,… song có nhược điểm là cần có nguồn kích từ riêng

- Máy điện một chiều kích từ song song Dây quấn kích từ nối song song với mạch

phần ứng

Hình 1.6: Máy điện một chiều kích từ song song

Để thành lập điện áp cần thực hiện một quá trình tự kích từ

Lúc đầu, máy không có dòng điện kích từ, từ thông trong máy do từ dư của cực

từ tạo ra (bằng khoảng 2÷3% từ thông định mức) Khi quay phần ứng, trong dây

quấn phần ứng sẽ có sức điện động cảm ứng do từ thông dư sinh ra Suất điện động

này khép mạch qua dây quấn kích từ (điện trở mạch kích từ ở vị trí nhỏ nhất), sinh

ra dòng điện kích từ, làm tăng từ trường cho máy Quá trình tiếp tục cho đến khi

điện áp ổn định Để máy có thể thành lập điện áp, cần thiết phải có từ dư và chiều

từ trường dây quấn kích từ phải cùng chiều với từ trường dư Nếu không còn từ dư,

ta phải mồi để tạo từ dư, nếu chiều hai từ trường ngược nhau, ta phải đổi cực tính

dây quấn kích từ hoặc đổi chiều quay phần ứng

Phương trình cân bằng điện áp là:

Mạch phần ứng: U = Eư – Rư.I

Mạch kích từ: Ukt = Ikt (Rkt + Rđc)

Phương trình dòng điện: Iư = I + Ikt

Khi dòng điện tải tăng, dòng điện phần ứng tăng, ngoài hai nguyên nhân làm

điện áp U đầu cực giảm, như máy điện kích từ độc lập, ở máy kích từ song song,

còn thêm một nguyên nhân nữa là khi U giảm, làm cho dòng điện kích từ giảm, từ

thông và sức điện động càng giảm, chính vì thế đường đặc tính ngoài dốc hơn so

với máy kích từ độc lập Từ dương cực tính ta thấy, khi ngắn mạch, điện áp U = 0,

dòng kích từ bằng 0, sức điện động trong máy chỉ do từ dư sinh ra vì thế dòng điện

ngắn mạch In nhỏ hơn dòng điện định mức

Để điều chỉnh điện áp ta phải điều chỉnh dòng kích từ, đường đặc tính điều

khiển Ikt = f(I), khi U, n không đổi

- Máy điện một chiều kích từ nối tiếp Dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch

phần ứng

Hình 1.7: Máy điện một chiều kích từ nối tiếp

Dòng điện kích từ là dòng điện tải, do đó khi tải thay đổi, điện áp thay đổi rất

nhiều, trong thực tế ít sử dụng máy kích từ nối tiếp Khi tải tăng, dòng điện Iư tăng,

từ thông ϕ và Eư tăng, do đó U tăng Khi I = (2÷2,5) Iđm, máy bão hòa thì I tăng U

sẽ giảm

- Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp Gồm 2 dây quấn kích từ song song và dây

quấn kích từ nối tiếp, trong đó dây quấn kích từ song song là chủ yếu

Hình 1.8: Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp

Khi nối thuận, từ thông của dây quấn kích từ nối tiếp cùng chiều với từ thông

của dây quấn kích từ song song, khi tải tăng, từ thông cuộn nối tiếp tăng làm cho từ

thông của máy tăng lên, sức điện động của máy tăng, điện áp đầu cực của máy

được giữ hầu như không đổi Đây là ưu điểm rất lớn của máy kích từ hỗn hợp

Khi nối ngược chiều, từ thông của dây quấn kích từ nối tiếp ngược chiều với từ

thông của dây quấn kích từ song song, khi tải tăng, điện áp giảm rất nhiều Đường

đặc tính ngoài dốc nên được sử dụng làm máy hàn điện một chiều

1.2.7 Phân loại động cơ một chiều

Dựa vào phương pháp kích từ, việc phân loại động cơ một chiều, giống như

- Động cơ điện kích từ song song

Để mở máy ta dùng biến trở mở máy Rmở

Để điều chỉnh tốc độ, thường điều chỉnh Rđc để thay đổi Ikt, do đó thay đổi từ

thông ϕ Phương pháp này sử dụng rất rộng rãi, song cần chú ý, khi giảm từ thông

ϕ, có thể dòng điện phần ứng Iư tăng quá trị số cho phép, vì thế cần có bộ phận bảo

vệ, cắt điện không cho động cơ làm việc khi từ thông giảm quá nhiều

a) Đường đặc tính cơ ω = f(M) Đường đặc tính cơ là đường quan hệ giữa tốc độ ω

và mômen quay M khi điện áp U, điện trở mạch phần ứng và điện trở mạch kích

R u

M Nếu thêm vào điện trở Rf vào mạch phần ứng thì ta có phương trình:

R

R u  f

M

b) Đặc tính làm việc Đường đặc tính làm việc được xác định khi điện áp và dòng

điện kích từ không đổi Đó là quan hệ giữa tốc độ ω, mômen M, dòng điện phần

ứng Iư và hiệu suất theo công suất cơ trên trục P

- Động cơ kích từ nối tiếp

Để mở máy ta dùng biến trở mở máy Rmở Chú ý rằng, khi điều chỉnh từ thông,

ta mắc biến trở song song với dây quấn kích từ nối tiếp

Đường đặc tính cơ ω = f(M) Khi máy không bão hòa, dòng điện phần ứng Iư và

từ thông ϕ tỷ lệ với nhau

R u

M mà: M = kϕI